林曉伯，鄭圣，邱佳慧，蔡超，陳斌，張菊，馮毅，張香云，郭志斌

（1.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 100033；2.北京交通大學(xué)，北京 100044）

0 引言

近年來，我國車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已上升到國家戰(zhàn)略高度并迅速發(fā)展，國務(wù)院及相關(guān)部委系統(tǒng)性地對車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)制定行動計劃，旨在對車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行全面升級和業(yè)務(wù)創(chuàng)新，并已取得階段性成果。在技術(shù)上，C-V2X 技術(shù)是由我國企業(yè)主導(dǎo)制定，并且產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本完善，包含通信芯片、通信模組、終端設(shè)備、整車制造等。隨著江蘇無錫、天津西青、湖南長沙等多個城市級先導(dǎo)區(qū)、示范區(qū)的建設(shè)落地，已經(jīng)積累了一定的部署規(guī)模，輻射效應(yīng)已經(jīng)形成[1]。

中國C-V2X 車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將經(jīng)歷三大發(fā)展階段，分別是：LTE-V2X 和4G 蜂窩支持的輔助駕駛階段，LTE-V2X和5G eMBB 支持的特定場景無人駕駛階段以及NRV2X 和5G eMBB 支持的全天候、全場景的無人駕駛階段，其中第一階段已經(jīng)實(shí)現(xiàn)[2]。由此可見，在C-V2X 長遠(yuǎn)的發(fā)展過程中，5G 移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)將作為C-V2X 網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充，助力C-V2X 技術(shù)和應(yīng)用部署及推廣。

1 5G 網(wǎng)絡(luò)賦能車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 概述

根據(jù)IMT—2020 的規(guī)劃，5G 網(wǎng)絡(luò)滿足三大應(yīng)用場景的通信需求，如圖1 所示。根據(jù)應(yīng)用場景可分為增強(qiáng)移動寬帶（Enhance Mobile Broadband,eMBB）類、大規(guī)模機(jī)器通信（Massive Machine Type Communication,mMTC）類、超高可靠低時延通信（Ultra Reliable ＆ Low Latency Communication,uRLLC）類[3]。

圖1 三大應(yīng)用場景

車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)類型豐富，包含對帶寬要求較高的娛樂類業(yè)務(wù)，對可靠性和時延要求較高的安全類業(yè)務(wù)，而正由于5G 網(wǎng)絡(luò)具備上述特性，使得車聯(lián)網(wǎng)成為5G 應(yīng)用的重要垂直行業(yè)之一。由于5G 網(wǎng)絡(luò)具有較高的終端滲透率以及覆蓋率，可為車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速落地部署提供基礎(chǔ)設(shè)施及運(yùn)行環(huán)境。

1.2 5G 切片

為了滿足5G 網(wǎng)絡(luò)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的通信需求，同時節(jié)約部署成本并提高資源利用率，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。網(wǎng)絡(luò)切片是一種端到端的技術(shù)，每個端到端的切片分為三個部分：無線接入網(wǎng)子切片、承載網(wǎng)子切片、核心網(wǎng)子切片[4]。在無線子網(wǎng)切片中，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)場景及資源情況，對無線網(wǎng)進(jìn)行CU 與DU 功能的靈活切分和部署；在承載網(wǎng)子切片中，需要在一張物理網(wǎng)絡(luò)上劃分出多張由特定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)資源組成的虛擬網(wǎng)絡(luò)，用于滿足不同網(wǎng)絡(luò)切片租戶或業(yè)務(wù)的差異化連接和服務(wù)質(zhì)量要求；5G 核心網(wǎng)支持靈活的切片組網(wǎng)，基于微服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)切片構(gòu)建，以及切片的智能選擇、切片的能力開放、切片的多層次安全隔離等關(guān)鍵技術(shù)要求[5]。5G 核心網(wǎng)切片架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 5G 核心網(wǎng)切片架構(gòu)

在5G 網(wǎng)絡(luò)場景下，網(wǎng)絡(luò)切片在自動駕駛、移動寬帶、物聯(lián)網(wǎng)等場景中得到廣泛應(yīng)用，尤其是在需要低時延、高可靠的自動駕駛中有著廣闊的應(yīng)用前景。

1.3 5G MEC

移動邊緣計算（Mobile Edge Computing,MEC）在邊緣網(wǎng)絡(luò)部署服務(wù)器，使得交通行業(yè)應(yīng)用可以在靠近用戶的位置實(shí)現(xiàn)流量本地卸載和服務(wù)本地化，為交通產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供更低的時延[6]。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，MEC 服務(wù)器的部署方式也變得靈活多樣。將MEC 服務(wù)器部署在無線接入網(wǎng)絡(luò)，無線接入網(wǎng)絡(luò)就具備了業(yè)務(wù)本地化的條件，MEC 可以根據(jù)用戶服務(wù)請求的應(yīng)用類型分配處理，把時延要求高的應(yīng)用優(yōu)先分配在本地區(qū)域內(nèi)處理，把時延要求較為寬松的應(yīng)用匯聚至云端處理[7]。MEC 架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 MEC 架構(gòu)示意圖

5G+MEC 是5G 服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與MEC 服務(wù)的融合部署方式。MEC 可以作為應(yīng)用功能（AF）與5G 核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)開放功能（NEF）進(jìn)行交互，通過策略控制功能（PCF）向會話管理功能（SMF）下發(fā)本地流量路由策略，從而使用戶的業(yè)務(wù)流量流向本地用戶面功能（UPF），再到MEC 提供的本地數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（DN）[8-9]。5G+MEC 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4 所示。

圖4 5G+MEC 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在車聯(lián)網(wǎng)中，MEC 有著廣泛的應(yīng)用，由于MEC 具有較高的算力以及AI 能力，可以結(jié)合路側(cè)部署的攝像頭、雷達(dá)等實(shí)現(xiàn)交通狀況的實(shí)時感知，并為車輛下發(fā)控制策略，支持的應(yīng)用包括碰撞預(yù)警、多車協(xié)作通行、綠波通行、動態(tài)高精度地圖、道路危險狀況預(yù)警等。

2 5G 承載車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)性能測試

2.1 概述

車聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)模型和覆蓋場景與普通5G 移動用戶有所不同。車聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)模型主要由以發(fā)送頻率較高的小包組成，與普通5G 移動用戶大帶寬的業(yè)務(wù)模型不同。此外，車聯(lián)網(wǎng)相比行人具有更高的移動性，因此在網(wǎng)絡(luò)覆蓋場景上應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋的場景。

本次測試主要針對車聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)模型以及覆蓋場景制定相應(yīng)的測試?yán)⒎謩e對正常覆蓋場景、弱覆蓋場景、增強(qiáng)配置場景進(jìn)行測試，評價指標(biāo)主要是時延與丟包率。

2.2 測試環(huán)境

本次測試環(huán)境采用5G 實(shí)驗(yàn)網(wǎng)外場基站進(jìn)行測試，本地部署下沉UPF 及V2X 應(yīng)用服務(wù)器，將本地用戶分流至該服務(wù)器。5G 終端通過基站接入測試環(huán)境，如圖5所示。

圖5 測試環(huán)境

在本次測試環(huán)境中，由于基站、UPF 與V2X 應(yīng)用服務(wù)器在地理位置上處于同一區(qū)域，因此從5G 基站至服務(wù)器的承載網(wǎng)傳輸時延及抖動可以忽略不計，由此可以減少不確定因素對測試結(jié)果的影響。此外，由于本次測試將分別統(tǒng)計上行和下行的單向時延，因此為V2X 應(yīng)用服務(wù)器提供了±2 ms 以內(nèi)的時鐘同步精度，而5G 終端通過GNSS 授時，其授時精度亦可滿足單向時延的測試要求。

2.3 業(yè)務(wù)模型

5G 網(wǎng)絡(luò)主要承載車聯(lián)網(wǎng)車路和車云通信數(shù)據(jù)，即車路協(xié)同業(yè)務(wù)，根據(jù)目前車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)規(guī)劃，車路協(xié)同業(yè)務(wù)多為周期性發(fā)送頻率較高的小包，對于車速、通信距離、發(fā)送頻率均有一定要求[10-12]，如表1 所示。

表1 車路協(xié)同應(yīng)用基本性能要求

由此可以看出，需要路側(cè)配合的車路協(xié)同業(yè)務(wù)的發(fā)送間隔包含100 ms、200 ms、500 ms、1 s、2 s。同時，不同的車路協(xié)同應(yīng)用對于系統(tǒng)延遲的要求不盡相同。對于車輛引導(dǎo)、控制類的應(yīng)用，如表1 中編號7、8、9，時延要求較高，要求系統(tǒng)延遲為50 ms；對與行車安全相關(guān)的消息類業(yè)務(wù)，如表1 中編號1、2、3、6、10、11、12，要求系統(tǒng)延遲為100 ms；對于其他類型消息，如表1 中編號4、5、13，要求系統(tǒng)延遲為500 ms。車路協(xié)同應(yīng)用對于系統(tǒng)時延的要求將作為測試結(jié)果的參考依據(jù)[13]。

報文大小根據(jù)不同消息類型有所不同，根據(jù)前期測試經(jīng)驗(yàn)，表2 數(shù)據(jù)是在某地車聯(lián)網(wǎng)示范先導(dǎo)區(qū)進(jìn)行拉網(wǎng)路測過程中采集的。

表2 車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)中各消息廣播頻率及消息長度

從表2 的大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以看出，主要包括三類業(yè)務(wù)類型：實(shí)時類消息、靜態(tài)類消息與平臺播發(fā)消息。實(shí)時類消息業(yè)務(wù)類型包括RSM、RSC、SSM，主要是路側(cè)發(fā)出用于描述當(dāng)前交通環(huán)境狀態(tài)，報文大小在100 B 左右，發(fā)送間隔在100 ms 左右。靜態(tài)類消息業(yè)務(wù)包括MAP、RSI，主要是路側(cè)將之前配置的消息播發(fā)出來，例如地圖信息、交通標(biāo)志信息等，報文大小在1 000 B 左右，發(fā)送間隔在1 s 左右。平臺播發(fā)消息業(yè)務(wù)包括SPAT，主要是播發(fā)路口交通信號燈相位信息，這類消息對時延要求不高，報文大小在200 B 左右，發(fā)送間隔[14]在500 ms 左右。

2.4 測試場景

本次測試主要針對車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的使用場景，測試場景主要包括正常覆蓋場景、弱覆蓋場景以及增強(qiáng)配置場景。

1）正常覆蓋場景。該場景使用的5G 實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)配置與當(dāng)前商用網(wǎng)絡(luò)相同，為了模擬當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)承載車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的情況，取覆蓋性能較好的點(diǎn)位進(jìn)行測試。

2）弱覆蓋場景。由于車輛具有更高的移動性，所處環(huán)境也會更復(fù)雜，比如在車輛行駛的過程中，橋梁或建筑的遮擋效果會更加明顯，因此對于某些路段會存在5G信號覆蓋較弱的情況。為了模擬這種情況下網(wǎng)絡(luò)對車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的影響，取網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能較弱的點(diǎn)位進(jìn)行測試。

3）增強(qiáng)配置場景。本場景用于測試5G 網(wǎng)絡(luò)極限承載能力，需要對終端與基站進(jìn)行配置。配置主要包括關(guān)閉DRX（Discontinuous Reception，非連續(xù)性接收）、開啟上行智能預(yù)調(diào)度、關(guān)閉功控優(yōu)化參數(shù)。其中DRX 指讓UE 在沒有業(yè)務(wù)的時候進(jìn)入休眠期，從而達(dá)到省電目的。因此關(guān)閉DRX 則會使得UE 在進(jìn)行時延測試時省去重新接入的過程，從而降低時延[15]。上行智能預(yù)調(diào)度是一種資源調(diào)度方式，具體原理如圖6 所示。當(dāng)UE 沒有業(yè)務(wù)請求時，UE 周期性地進(jìn)入DRX 休眠期；當(dāng)滿足觸發(fā)條件時，基站會主動做上行調(diào)度，預(yù)先為UE 分配好資源，UE 無需進(jìn)行資源請求，因此節(jié)省時延。該調(diào)度只在持續(xù)時長定時器內(nèi)生效，在又一次觸發(fā)后，持續(xù)時長定時器會重啟。關(guān)閉功控優(yōu)化參數(shù)可以讓UE 更好地與基站保持鏈路連接[16]。

圖6 上行智能預(yù)調(diào)度原理示意圖

2.5 測試項(xiàng)

測試分為時延測試和可靠性測試。據(jù)前文所述，為了驗(yàn)證5G 承載車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的性能，測試報文的設(shè)置盡量模擬真實(shí)車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)長度設(shè)置為300 B、700 B、1 200 B，發(fā)包間隔為100 ms、200 ms、1 s。對于時延測試，發(fā)包數(shù)設(shè)置為1 000個；對于可靠性測試，發(fā)包數(shù)設(shè)置為10 000 個。

2.5.1 時延測試

車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中多為單向觸達(dá)業(yè)務(wù)，即車端上報或服務(wù)器端消息下發(fā)，因此時延測試重點(diǎn)關(guān)注單向時延。在測試單向時延的過程中，不宜使用評測結(jié)果除2 的方式進(jìn)行測量，因?yàn)樯闲泻拖滦袝r延并不一定相同，另一方面需要保證測試終端及服務(wù)器端的高精度時鐘同步，才能準(zhǔn)確統(tǒng)計單向時延，本文高精度時鐘同步方式如上文所述。時延測試的相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表3 所示。

表3 時延測試參數(shù)設(shè)置

表3 中：上行數(shù)據(jù)流向是指由OBU 發(fā)送，MEC 服務(wù)器接收；下行數(shù)據(jù)流向是指由MEC 服務(wù)器發(fā)送，OBU 接收。在時延測試過程中涉及到兩種報文類型：TCP 報文與UDP 報文。傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol,TCP）是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，TCP 規(guī)定了超時重傳機(jī)制，即當(dāng)TCP 發(fā)出一個報文后，啟動一個定時器，等待目的端確認(rèn)收到這個報文段。如果不能及時收到一個確認(rèn)，將重發(fā)這個報文段。用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（User Datagram Protocol,UDP）為應(yīng)用程序提供了一種無需建立連接就可以發(fā)送封裝的IP 數(shù)據(jù)報文的方法，與TCP 互為補(bǔ)充。與TCP 相比，UDP 是一種不可靠的傳輸機(jī)制，不提供保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)。

2.5.2 可靠性測試

車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)由于關(guān)系到行車安全，需要承載網(wǎng)絡(luò)具有較高可靠性，因此本次測試進(jìn)行發(fā)送10 000 包后統(tǒng)計收包率的測試，從而驗(yàn)證5G 網(wǎng)絡(luò)的可靠性。可靠性測試的相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表4 所示。由于TCP 協(xié)議存在超時重傳機(jī)制，理論上不存在丟包，因此丟包率測試不考慮TCP 報文。

表4 丟包率測試參數(shù)設(shè)置

3 測試與驗(yàn)證

3.1 正常覆蓋場景

正常覆蓋場景是在外場基站下進(jìn)行測試，保證網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度。正常覆蓋點(diǎn)的信號強(qiáng)度如表5 所示。

表5 正常覆蓋點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量參數(shù)

在本場景中，在排除異常數(shù)據(jù)后，共進(jìn)行17 次有效測試，包含UDP 和TCP，其中上行測試11次，平均時延為26.21 ms，下行測試6次，平均時延為5.29 ms。共進(jìn)行2 次10 000 包的丟包率測試，丟包率為0.03%和0。

3.2 弱覆蓋場景

網(wǎng)絡(luò)邊緣弱覆蓋場景模擬的是在5G 信號覆蓋不佳的路段。弱覆蓋點(diǎn)的信號強(qiáng)度如表6 所示。

表6 弱覆蓋點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量參數(shù)

在本場景中，在排除異常數(shù)據(jù)后，共進(jìn)行16 次有效測試，包含UDP 和TCP，其中上行測試8次，平均時延為24.15 ms，下行測試8次，平均時延為6.38 ms。共進(jìn)行3 次10 000 包收發(fā)丟包率測試，丟包率分別為0.11%、0、3.74%。

3.3 增強(qiáng)配置場景

在增強(qiáng)配置場景中，關(guān)閉DRX、開啟上行智能預(yù)調(diào)度、關(guān)閉功控優(yōu)化參數(shù)。在排除異常數(shù)據(jù)后，共進(jìn)行26 次有效測試，包含UDP 和TCP，其中上行測試14次，平均時延為9.62 ms，下行測試12次，平均時延為6.27 ms。共進(jìn)行5 次10 000 包收發(fā)丟包率測試，丟包率分別為0.18%、0.65%、0.73%、0.4%、0.4%。

3.4 結(jié)果對比分析

3.4.1 按場景統(tǒng)計

測試結(jié)果如表7 所示，表格中的時延為多次測試的平均值。對比正常覆蓋場景、弱覆蓋場景以及增強(qiáng)配置的上行時延與下行時延，可以得出以下結(jié)論：

表7 按場景統(tǒng)計時延結(jié)果 ms

1）三種場景下的上行時延均高于下行時延，這與基站調(diào)度策略以及節(jié)電配置有關(guān)，即終端在沒有業(yè)務(wù)時，一般處于休眠狀態(tài)，起到節(jié)電的作用。

2）正常覆蓋點(diǎn)與邊緣覆蓋點(diǎn)在時延上差異不大。正常覆蓋點(diǎn)上行時延比邊緣覆蓋點(diǎn)高2.69 ms，而正常覆蓋點(diǎn)下行時延比邊緣覆蓋點(diǎn)低1.10 ms。因此，只要終端成功附著到基站，信號質(zhì)量對時延影響不大。

3）開啟時延增強(qiáng)配置可以顯著改善上行時延。對比開啟時延增強(qiáng)配置與其他場景的上行時延，在開啟時延增強(qiáng)配置后，會明顯降低上行時延，降低幅度為61.78%。開啟時延增強(qiáng)配置后，上行時延為9.23 ms，可以達(dá)到10 ms 以內(nèi)的單向通信時延。增強(qiáng)配置起到縮短喚醒時間的效果，從而縮短通信時延?？梢灶A(yù)見該配置是適用于車聯(lián)網(wǎng)場景的，在車聯(lián)網(wǎng)場景中，車載終端一般由車輛供電，對節(jié)電性能要求不高，同時可以滿足未來高級別自動駕駛業(yè)務(wù)對于時延的高要求。此外，由于增強(qiáng)配置是針對上行的調(diào)度配置，因此對下行時延并無明顯改善。

3.4.2 按包大小統(tǒng)計

測試結(jié)果如表8 所示，表格中的時延為多次測試的平均值。

表8 按包大小統(tǒng)計時延結(jié)果

在不同報文大小下，對比常規(guī)配置與增強(qiáng)配置下的上行時延與下行時延，可得出以下結(jié)論：

1）隨著報文字節(jié)數(shù)的增多，常規(guī)配置的上行時延小幅度增加。在常規(guī)配置下，當(dāng)報文的字節(jié)數(shù)由300 B增加至700 B時，上行時延增加了4.21%；當(dāng)報文的字節(jié)數(shù)由700 B 增加至1 200 B時，上行時延增加了4.68%，整體增加幅度比較小。

2）隨著報文字節(jié)數(shù)的增多，增強(qiáng)配置的上行時延在不斷增加。在增強(qiáng)配置下，當(dāng)報文的字節(jié)數(shù)由300 B增加至700 B時，上行時延增加了28.44%；當(dāng)報文的字節(jié)數(shù)由700 B 增加至1 200 B時，上行時延增加了19.46%，雖然增加比例較大，但是增幅絕對值不大，在1～2 ms 之間。

3）綜合1）、2）可知，隨著報文字節(jié)數(shù)的增多，上行時延不斷增大，但是增大的幅度并不明顯。此外，報文的大小對下行時延并無明顯影響。隨著報文字節(jié)數(shù)的增多，下行時延在1 ms 的范圍內(nèi)波動。因此，5G 網(wǎng)絡(luò)對于小包有較好的轉(zhuǎn)發(fā)性能。

3.4.3 按發(fā)送間隔統(tǒng)計

如表9 所示，在不同的發(fā)送間隔下，對比常規(guī)配置與增強(qiáng)配置下的上行時延與下行時延，表格中的時延為多次測試的平均值。

表9 按發(fā)送間隔統(tǒng)計時延結(jié)果 ms

從表9 中統(tǒng)計結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

1）發(fā)送間隔的增大會引起上行時延的增加。在常規(guī)配置下，當(dāng)發(fā)送間隔由100 ms 增加至200 ms時，上行時延增加了13.31%，平均增加約3 ms；在增強(qiáng)配置下，當(dāng)發(fā)送間隔由100 ms 增加至200 ms時，上行時延增加了1.31%，平均增加約0.2 ms。

2）發(fā)送間隔的增大會引起下行時延的增加。發(fā)送間隔由100 ms 增加至200 ms時，下行時延增加了7.46%，平均增加約0.5 ms。

3）綜合1）、2）可知，發(fā)送間隔的增大會引起上下行時延的增加，最大在3 ms 左右。因此，5G 網(wǎng)絡(luò)對于高頻率報文有較好的轉(zhuǎn)發(fā)性能。

3.4.4 按報文類型統(tǒng)計

測試結(jié)果如表10、表11 所示，表格中的時延、抖動為多次測試的平均值。

表10 按包類型統(tǒng)計時延結(jié)果 ms

表11 按包類型統(tǒng)計時延抖動結(jié)果 ms

對比TCP 與UDP 報文在常規(guī)配置與增強(qiáng)配置下的上下行時延與上下行時延抖動，可以得出以下結(jié)論：

1）TCP 和UDP 報文的上行時延與抖動差距不大。在常規(guī)配置下，UDP 的上行時延比TCP 高2.53 ms，TCP的上行時延抖動比UDP 大0.07 ms。在增強(qiáng)配置下，UDP 的上行時延比TCP 低1.3 ms，TCP 的上行時延抖動比UDP 大0.05 ms。

2）TCP 和UDP 報文的下行時延與抖動差距也不大。對比TCP 與UDP 的下行時延與抖動，UDP 的下行時延比TCP 的下行時延高0.29 ms，UDP 的下行時延抖動比TCP 大0.28 ms。

3）綜合1）、2）可知，如果沒有或者極少觸發(fā)TCP 的超時重傳機(jī)制，則TCP 與UDP 時延差別不大。TCP 和UDP 報文在時延和抖動性能指標(biāo)上差距不大。相比而言，TCP 是面向連接的傳輸協(xié)議，具有超時重傳機(jī)制，可靠性更高，對于部分對可靠性要求高的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，可以考慮采用TCP 傳輸。

3.4.5 UDP 與TCP 時延分布 分析

分別選取1 200 B 上行數(shù)據(jù)的UDP 和TCP 的時延進(jìn)行對比，以1 ms 為區(qū)間計數(shù)，繪制直方圖，從而統(tǒng)計時延的分布情況。其中橫軸為時延，縱軸為1 ms 時間內(nèi)收包的統(tǒng)計個數(shù)，結(jié)果如圖7、圖8 所示。

圖7 1 200 B 上行UDP 時延區(qū)間統(tǒng)計

圖8 1 200 B 上行TCP 時延區(qū)間統(tǒng)計

對比圖7 與圖8 的上行時延分布情況可知，在上行數(shù)據(jù)中UDP 與TCP 時延分布的差距不大。從上行時延區(qū)間統(tǒng)計結(jié)果中可以看出，UDP 與TCP 的時延都主要分布在[15,35] ms 的區(qū)間內(nèi)。其中，UDP 測試報文落在35 ms 之內(nèi)的占比為97.8%，TCP 數(shù)據(jù)在35 ms 之內(nèi)的占比為98.6%。

分別選取1 200 B 下行的UDP 和TCP 的時延進(jìn)行對比，以0.1 ms 為區(qū)間繪制直方圖，統(tǒng)計時延的分布情況。其中橫軸為時延，縱軸為0.1 ms 時間內(nèi)收包的統(tǒng)計個數(shù)，結(jié)果如圖9、圖10 所示。

圖9 1 200 B 下行UDP 時延區(qū)間統(tǒng)計

圖10 1 200 B 下行TCP 時延區(qū)間統(tǒng)計

對比圖9 與圖10 的下行時延分布情況可知，TCP 報文的時延比UDP 報文稍好。從下行時延區(qū)間統(tǒng)計結(jié)果中可以看出，TCP 和UDP 的時延主要集中在6 ms 之內(nèi)。其中，UDP 測試報文落在6 ms 之內(nèi)的占比為92.6%，TCP 報文落在6 ms 之內(nèi)的占比為96.5%。

3.4.6 丟包率統(tǒng)計

本次共進(jìn)行46次UDP測試，36次測試收發(fā)1 000包，10 次測試收發(fā)10 000包，丟包率測試結(jié)果如表12 所示。

表12 丟包率統(tǒng)計結(jié)果

在本次測試中，正常覆蓋點(diǎn)平均丟包率為0.02%，邊緣覆蓋點(diǎn)平均丟包率為1.28%，增強(qiáng)覆蓋平均丟包率為0.47%。其中邊緣弱覆蓋點(diǎn)丟包率波動較大，且平均丟包率高于正常覆蓋點(diǎn)和增強(qiáng)配置場景，由于增強(qiáng)配置是針對連接時延進(jìn)行改善，因此對收包率無影響。此外流量方向、包大小對于丟包率影響不明顯。因此，網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量會一定程度影響業(yè)務(wù)的可靠性。

4 結(jié)論

車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)移動蜂窩網(wǎng)業(yè)務(wù)模式有較大差別，主要是以高頻率的小包為主，并且車聯(lián)網(wǎng)的通信終端相比手機(jī)有更快的移動速度，以及更廣的移動范圍。因此本文測試選取了三個測試場景：正常覆蓋現(xiàn)網(wǎng)場景、網(wǎng)絡(luò)邊緣弱覆蓋場景、時延增強(qiáng)配置測試場景，并分別構(gòu)造TCP 與UDP 報文、300 B、700 B、1 200 B 報文，以發(fā)送間隔100 ms、200 ms 進(jìn)行收發(fā)測試，并統(tǒng)計上下行時延及丟包率。

綜合分析上述測試結(jié)果，得到如下初步測試結(jié)論：

1）在保證附著在5G 網(wǎng)絡(luò)的情況下，網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋對時延影響不大。但是對于現(xiàn)網(wǎng)，5G 網(wǎng)絡(luò)信號較差時，會回落到4G，可能會導(dǎo)致時延加大。

2）上行時延大于下行時延，在增強(qiáng)配置后，上行時延改善明顯。在增強(qiáng)配置下，關(guān)閉DRX 并開啟上行智能預(yù)調(diào)度，減少了從UE 發(fā)送SRI 到獲得上行調(diào)度授權(quán)的時間，從而降低了上行時延。

3）報文大小、發(fā)送間隔對于時延影響不大。隨著報文字節(jié)數(shù)的增多，上行時延稍有增加。發(fā)送間隔的增大也會使得上下行時延稍有增加。因此，5G 網(wǎng)絡(luò)對于高頻率小包有較好的轉(zhuǎn)發(fā)性能。

4）TCP 與UDP 報文在時延、抖動上差距不大，但是TCP 是基于連接的可靠通信協(xié)議，相比UDP 有更高的可靠性。

5）網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量會一定程度影響業(yè)務(wù)可靠性，而流量方向、包大小對于丟包率影響不明顯。

綜上所述，5G 網(wǎng)絡(luò)能夠滿足當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，對于未來自動駕駛類業(yè)務(wù)，有兩點(diǎn)優(yōu)化建議：

1）5G 網(wǎng)絡(luò)可以通過開啟切片、時延增強(qiáng)配置等優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)時延性能，提供高速的網(wǎng)絡(luò)接入能力；

2）可以考慮采用TCP 技術(shù)作為終端和平臺通信的傳輸層協(xié)議，TCP 技術(shù)在時延性能上與UDP 技術(shù)差異不大，但可以提供基于連接的可靠性傳輸，在弱覆蓋點(diǎn)更能夠有效提高可靠性。

注：本文通訊作者為林曉伯。